Maximización de la eficiencia: diseño óptimo de cadena y relación de capacidad para inversores

En un sistema fotovoltaico (PV), a medida que la tecnología madura, la relación de capacidad entre módulos e inversores cambia. La relación 1:1 ya no es aplicable debido a factores como las condiciones de luz solar, los ángulos de instalación y las pérdidas de energía, que impiden que los módulos alcancen una eficiencia de salida del 100%. Esto da como resultado que una parte de la capacidad de energía del inversor se infrautilice y se desperdicie.

¿Cómo diseñar la cadena fotovoltaica?

¿Cuántos módulos fotovoltaicos debe contener cada cadena?

¿Cuál es el número óptimo de cadenas fotovoltaicas para conectar a un inversor?

Parámetros del módulo

Condiciones de prueba estándar (STC)

Al diseñar cadenas fotovoltaicas, normalmente se eligen los parámetros eléctricos de los módulos en condiciones STC. Las condiciones de prueba estándar para celdas o módulos montados en el suelo son: calidad del aire AM1.5, irradiancia solar 1000 W/m² y temperatura de la celda 25 ℃.

Coeficiente de temperatura del voltaje de circuito abierto del módulo (Kv)

El coeficiente de temperatura Kv de la tensión en circuito abierto del módulo es un valor negativo. Esta característica significa que el voltaje de circuito abierto disminuye a medida que aumenta la temperatura y aumenta a medida que disminuye la temperatura.

Efectos de la temperatura en el voltaje de circuito abierto del módulo

Efectos de la irradiancia sobre el voltaje y la corriente del módulo

Parámetros del inversor

Máx. Voltaje CC: el valor máximo de voltaje de entrada del inversor, que debe considerar el efecto de la temperatura real en el voltaje de circuito abierto del módulo.

Número de MPPT: las cadenas conectadas al mismo MPPT deben tener una cantidad, orientación y ángulo consistentes.

Rango de voltaje MPPT: el rango de voltaje Vmppt dentro del cual opera el inversor.

Voltaje nominal: cuanto más cerca opere el inversor de su voltaje nominal, mayor será la eficiencia y mejor será el rendimiento de generación de energía.

Curva de eficiencia del inversor

El diseño de la fotovoltaica La cadena debe cumplir dos condiciones simultáneamente:

A. La tensión máxima de circuito abierto de los módulos fotovoltaicos conectados en serie debe ser inferior a la tensión máxima de entrada del inversor.

B. El voltaje de los módulos fotovoltaicos conectados en serie debe estar dentro del rango de voltaje MPPT del inversor.

Fórmula (1) Parámetro Significado:

Vdcmax: Tensión máxima de entrada del inversor.

Fórmula (2) Parámetro Significado:

Vmpptmin: Tensión mínima de entrada del MPPT del inversor.

Vmpptmax: Tensión máxima de entrada del MPPT del inversor.

t′: Temperatura extremadamente alta en el lugar de instalación.

t: Temperatura extremadamente baja en el lugar de instalación.

Vpm: Tensión de potencia máxima del módulo.

Kv′: Coeficiente de temperatura de la tensión de potencia máxima del módulo.

Cálculo de la gama de cadenas fotovoltaicas que se pueden conectar al inversor

Tomando como ejemplo el inversor MAX 80KTL3 LV y los módulos de 420W, suponiendo que la temperatura extremadamente baja local es -25 ℃ y la temperatura extremadamente alta es 50 ℃; El voltaje máximo de circuito abierto del inversor es de 1100 V y el rango de voltaje MPPT es de 200 ~ 1000 V.

Fórmula (1): N≤19,44

Fórmula (2): 5,29≤N≤21,31

Por lo tanto, el valor de N (redondeado) varía de 6 a 19, lo que significa que considerando las temperaturas ambientales locales, el inversor puede conectar de 6 a 19 módulos en serie.

Determinación de la conexión óptima del inversor

Principio: Cuanto más cerca esté el voltaje Vmppt del inversor del voltaje de funcionamiento nominal, mayor será la eficiencia y mejor el rendimiento de generación de energía, lo que hace que la cantidad de conexión en serie sea óptima.

Diseño: La tensión de funcionamiento nominal del MAX 80KTL3-X LV es de 600 V. En condiciones STC, el voltaje Vmp del módulo de 420W es 40,8V. El cálculo preliminar para la cantidad óptima de conexión en serie es 600/40,8≈15 módulos.

Por lo tanto, el valor del esquema de conexión recomendado es:

No. de MPPT * No. de cadenas fotovoltaicas por MPPT * Cantidad óptima de conexión en serie

Cómo calcular la configuración del inversor con un número fijo de módulos

Ejemplo: Para 94 módulos de 400W orientados al norte, y un total de 30 módulos de 425W y 96 módulos de 420W orientados al sur, ¿cómo conectarlos al inversor BT MAX 80KTL3 para obtener la mejor eficiencia?

Análisis:

El inversor tiene 7 MPPT, lo que permite 7 cantidades de series de módulos diferentes, con cantidades de cadenas consistentes debajo de cada MPPT.

El principio de diseño es que cada grupo debe tener una cantidad de serie cercana a la cantidad de serie óptima de 15 módulos.

Diseño óptimo:

Resumen

Utilizando los parámetros de tensión nominal proporcionados por el fabricante del inversor, se puede calcular rápidamente la cantidad óptima de string. Las cadenas aumentan el voltaje cuando se conectan en serie y aumentan la corriente cuando se conectan en paralelo. Para los módulos de silicio cristalino conectados a un inversor, generalmente se consideran cadenas individuales, centrándose en el voltaje. Para módulos bifaciales y de alta potencia, también es necesario considerar la corriente de cadena. Cuando el inversor tiene una capacidad de sobrecarga de 1,1 veces, la relación de capacidad se puede considerar aumentando adecuadamente el número de módulos para que coincida con 1,1 veces la salida nominal del inversor, considerando el número de cadenas conectables del inversor.

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